DE19803502B4

DE19803502B4 - Lüfteranordnung

Info

Publication number: DE19803502B4
Application number: DE19803502A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Barwig; Ralf Dipl.-Ing. Maus
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE19803502A1

Abstract

Lüfteranordnung, insbesondere für den Kühler eines Kraftfahrzeugmotors, bestehend aus einem Axiallüfterrad (1) mit Schaufeln (3) und einem etwa zylindrischen Mantelring (4), mit einer das Lüfterrad umgebenden Lüfterhaube (5, 5', 5'') und mit einer flexiblen Abdichtung (7, 7', 7'') zwischen dem Mantelring (4) und der Lüfterhaube (5, 5', 5''), die aus eng aneinanderliegenden flexiblen Borsten oder Fasern (11,11') einer Bürstendichtung bestehen, die einen Spalt (a) zwischen Mantelring (4) und Lüfterhaube (5, 5', 5'') belassen, wobei die Borsten oder Fasern (11,11') unter einem Winkel (β) zur Lüfterachse (9) angeordnet und in einer Halterung (8) aufgenommen sind, die mit der Lüfterhaube (5, 5',5'') verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten oder Fasern (11, 11') in der Drehrichtung (c) des Axiallüfterrades (1) unter einem Winkel (a) zum Umfang des Mantelringes (4) angeordnet sind, wobei die Halterung (8) eine sich in axialer Richtung erstreckende Aufnahme aufweist, in welche ein sich in axialer Richtung erstreckender Bereich...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung, insbesondere für den Kühler eines Kraftfahrzeugmotors, bestehend aus einem Axiallüfterrad mit Schaufeln und einem etwa zylindrischen Mantelring, mit einer das Lüfterrad umgebenden Lüfterhaube und mit einer flexiblen Abdichtung zwischen dem Mantelring und der Lüfterhaube, die aus eng aneinanderliegenden flexiblen Borsten oder Fasern einer Bürstendichtung bestehen, die einen Spalt zwischen Mantelring und Lüfterhaube belassen, wobei die Borsten oder Fasern unter einem Winkel zur Lüfterachse angeordnet und in einer Halterung aufgenommen sind, die mit der Lüfterhaube verbunden ist.

Eine Lüfteranordnung dieser Art ist aus der DE 33 39 059 A1 bekannt. Dort ist eine Kühleinrichtung beschrieben, die mit einem einem Kühlerblock zugeordneten Axiallüfter versehen ist, der von einer Lüfterhaube umgeben ist, wobei eine bürstenartige Abdichtung innen an der Lüfterzarge angeordnet ist, deren Borsten radial und unter einem Winkel schräg zur Lüfterachse verlaufend ringförmig so angeordnet sind, daß sie kurz vor dem Umfang der Schaufeln enden. In einer Variante ist dem Kühlerblock aber auch ein Radiallüfter zugeordnet, wobei in diesem Fall die ebenfalls an einer Lüfterzarge angeordnete ringförmige Bürstendichtung kurz vor dem Einlaufring des Radiallüfters endet. Mit einer solchen Ausgestaltung soll dabei erreicht werden, daß möglichst wenig Leckströmung am Ringspalt zwischen Lüfterhaube und Lüfterschaufeln auftritt, so daß ein guter Lüfterwirkungsgrad erhalten bleibt. Diese flexible Bürstendichtung weist dabei auch den Vorteil auf, daß sie bei Relativbewegungen zwischen dem in der Regel dem Motor zugeordneten Lüfter und der am Kühlerblock, also fahrzeugseitig befestigten Lüfterhaube solche Relativbewegungen zuläßt, obwohl im Normalbetrieb nur ein sehr kleiner Spalt zwischen Lüfterhaube und Lüfter vorhanden ist.

Aus der US 4 398 508 ist es, ähnlich wie bei der Variante mit einem Axiallüfter der eben erwähnten DE 33 39 059 A1 , bekannt, einer einen Axiallüfter umgebenden Lüfterhaube eine Bürstendichtung im Form eines Ringes zuzuordnen, die dort aber so ausgelegt ist, daß die Enden der auch dort radial auf die Lüfterachse ausgerichteten Borsten die freien Enden des Axiallüfters berühren und aufgrund ihrer Elastizität ausgelenkt werden. Diese Ausgestaltung weist aber den Nachteil auf, daß sich im Betrieb ein stetiger Drehwiderstand durch die Berührung der Schaufelenden mit den Borsten ergibt, der zu einer Leistungsbeeinträchtigung

Die DE 44 03 605 C2 offenbart eine Spaltdichtung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen zur Abdichtung zweier Räume unterschiedlichen Druckes.

Die DE 86 14 073 U1 offenbart eine Kühleinrichtung an einer Brennkraftmaschine mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen ummantelten Lüfter, der von einer an einem Wärmetauscher befestigten Lüfterzarge umgeben ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lüfteranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Drehwiderstand für den Lüfter auch im Fall eines Berührens der Dichtung mit dem Lüfter so klein als möglich gehalten wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung zunächst vor, daß die Borsten oder Fasern in der Drehrichtung des Axiallüfterrades unter einem Winkel zum Umfang des Mantelringes angeordnet sind, wobei die Halterung eine sich in axialer Richtung erstreckende Aufnahme aufweist, in welche ein sich in axialer Richtung erstreckender Bereich der Lüfterhaube eingreift.

Durch diese Maßnahmen wird im Gegensatz zu der Berührung umlaufender Schaufelenden mit den Borsten eine glatte Oberfläche geschaffen, die aber nur im Fall von Relativbewegungen zwischen Axiallüfter und Lüfterhaube zur Berührung mit der flexiblen Dichtung kommt, die im Normalfall einen Ringspalt mit dem Mantelring bildet. Da die Einzelelemente der flexiblen Dichtung aber auch in der Drehrichtung des Lüfters zum Umfang des Mantelringes angestellt sind, liegen die Einzelelemente, vorzugsweise die Borsten einer Bürstendichtung mit ihren Enden daher schon schräg auf dem Mantelring auf, wenn es zu einer Berührung kommt. Die Einzelelemente müssen daher bei Berührung nicht erst in der Drehrichtung ausgelenkt werden, wodurch ein wesentlich geringerer Drehwiderstand zu überwinden ist. Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung keine nennenswerte Leistungsverminderung trotz hohem Wirkungsgrad bei Relativbewegungen zwischen Lüfter und Lüfterhaube auftritt. Da der Mantelring nahezu zylindrisch verläuft, treten im Berührungsfall auch keine nennenswerten Stauchkräfte auf wie sie beim Stand der Technik durch den Einsatz eines Radiallüfters mit einem Einlaufring zu erwarten sind, dessen Oberfläche nahezu senkrecht auf den dort vorgesehenen Borsten der Bürstenrichtung steht.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Anstellwinkel zwischen 10° und 45° gewählt sein, je nachdem welche Materialien einerseits für die flexible Dichtung und deren Einzelelemente und andererseits für den bei Relativbewegungen mit diesen in Berührung kommenden Mantelring vorgesehen ist. Auch die Lüfterdrehzahl spielt in diesem Zusammenhang eine Rolle. In Weiterbildung der Erfindung können die Einzelelemente aber zusätzlich auch unter einem Winkel zur Lüfterachse angestellt sein, wie das zwar grundsätzlich auch bei der Bürstendichtung nach der DE 33 39 059 A1 der Fall ist, wo allerdings kein Axiallüfter mit einem Mantelring vorgesehen ist. In Verbindung mit einem etwa zylindrischen Mantelring bringt die Anstellung zur Lüfterachse aber auch noch Vorteile hinsichtlich der Flexibilität der Einzelelemente.

In Weiterbildung der Erfindung können die Einzelelemente in einer Halterung befestigt und entweder an der Lüfterhaube oder am Mantelring befestigt sein. Die Einzelelemente können, wie an sich bekannt, als Borsten oder Fasern einer Bürstendichtung ausgebildet sein, wobei in besonders vorteilhafter Weiterbildung die einzelnen Borsten oder Fasern in ihrer Längsrichtung auch schlangenförmig gewellt sein können und nicht nur gerade verlaufen. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich ein besonders dichtes Aneinanderliegen der einzelnen Borsten oder Fasern, die auch bei einer Berührung mit dem Mantelring dann nicht aus ihrem packungsähnlichen Zusammenhalt herausgelöst werden.

Es ist schließlich auch noch möglich, die Lüfterhaube mit einem Einlaufring zu versehen, der sich zumindest teilweise in Strömungsrichtung gesehen axial bis hinter die Vorderkante des Mantelringes in den Lüfter hereinerstreckt. Diese Ausgestaltung kann strömungstechnische Vorteile bringen, weil sich im Außenbereich eine Reduzierung der Leckströmung und die stabilisierende Umlenkung der Spaltströmung in Strömungsrichtung ergibt.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:
1 die schematische Darstellung der Anordnung eines Axiallüfters mit Mantelring, welcher in einer einem Kühlerblock zugeordneten Lüfterhaube umläuft,
2 die Darstellung eines Sektors einer Ansicht der Anordnung nach 1 in Richtung des Pfeiles II,
3 die sektorartige Darstellung
4 einen Längsschnitt durch eine Anordnung wie nach 1 in vergrößertem Maßstab und
5 die Darstellung eines Längsschnittes ähnlich 4, jedoch bei einer Anordnung mit einer Lüfterhaube mit einem Einlaufring.
In den 1 und 2 ist ein Axiallüfter 1 gezeigt, der aus einer in nicht näher gezeigter Weise angetriebenen Nabe 2 mit abstehenden Schaufeln 3 besteht, die von einem etwa zylindrischen Mantelring 4 eingefaßt sind. Der Axiallüfter 1 läuft innerhalb einer Lüfterhaube 5 um, die fest mit einem Kühlerblock 6 verbunden ist. In bekannter Weise ist dabei der Kühlerblock 6, der zur Kühlung eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugmotors dient, fest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden, während der Axiallüfter 1 fest an dem nicht gezeigten Motor angeordnet ist. Da es im Betrieb eines Kraftfahrzeuges zu Relativbewegungen zwischen Motor und Fahrzeugrahmen kommt, umgibt die Lüfterhaube 5 den Mantelring 4 des Axiallüfters 1 mit einem relativ großen Spalt, um ein Anlaufen zu vermeiden. Dieser große Spalt aber führt dazu, daß in unerwünschter Weise Luft aus dem Motorraum wegen des beim Betrieb des Axiallüfters 1 auftretenden Druckgefälles angesaugt wird oder zurückströmt, die in unerwünschter Weise die Strömungsverhältnisse durch den Kühlerblock und den Lüfter 1 stört. Zu diesem Zweck ist zwischen der Lüfterhaube 5 und dem Mantelring 4 eine umlaufende Bürstendichtung 7 vorgesehen, die fest in einer Halterung 8 angeordnet ist, die wiederum mit der Lüfterhaube 5 verbunden ist. Die umlaufende Bürstendichtung 7 besteht dabei aus Borsten 11, die alle unter einem Winkel α gleichmäßig in der Drehrichtung c des Axiallüfters 1 zum Umfang des Mantelringes 4 angestellt sind und mit einem Ringspalt mit der Größe a vor dem Umfang des Mantelringes 4 enden. Die Borsten der Bürstendichtung 7 sind außer dem aber auch unter einem Winkel β zur Lüfterachse 9 an geordnet, und zwar von der Halterung 8 ausgehend in Richtung der die Strömung durch den Axiallüfter und den Kühlerblock 6 angebenden Pfeile 10.
Im Normalbetrieb findet daher keine Berührung zwischen der Bürstendichtung 7 und dem Mantelring 4 des Axiallüfters 1 statt. Bei Relativbewegungen aber kann der Mantelring 4 stellenweise mit den Borsten 11 der Bürstendichtung 7 in Berührung kommen. Da die Borsten 11 dieser Dichtung 7 aber in der Drehrichtung c des Axiallüfters angestellt sind, brauchen sie bei einer solchen Bewegung nicht erst in Drehrichtung umgelenkt zu werden, um dann die notwendige Flexibilität zu erreichen. Die Bürstendichtung 7 ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung äußerst nachgiebig und setzt einer Berührung nahezu keinen Widerstand entgegen. Dies ist zum einen zurückzuführen auf die Anstellung der einzelnen Borsten 11 unter dem Winkel α, zum anderen aber auch auf die Anstellung unter dem Winkel β, der bei der Ausführungsform der 1 und 2 eine besondere Nachgiebigkeit ergibt.
Wie die 3 zeigt, sind die Borsten 11' aber ebenfalls unter einem Winkel α in der Drehrichtung c des Axiallüfters 1 angestellt.
Wie die 3 aber auch zeigt, sind die einzelnen Borsten 11' des Bürstenabdichtringes 7' schlangenförmig gewellt und nicht gerade ausgebildet wie die Borsten 11 der Ausführungsformen der 1 und 2. Diese so gewellten Borsten 11' bilden daher aufgrund ihrer Form eine relativ dichte Packung, die sehr flexibel ist und ihren grundsätzlichen Aufbau auch nicht ändert, wenn die Borstenenden an der Lüfterhaube 5' bei Relativbewegungen anlaufen. Die 4 zeigt einen Axiallüfter 1 nach 1, wobei hier Strömungspfeile 12 die durch den vorhandenen Spalt a im Normalbetrieb eintretende Leckluft darstellen, die durch die gewählte Ausbildung aber innerhalb der Lüfterhaube 5 einen in der Wirkung reduzierten Wirbel bildet, der die Durchströmung im Sinn der Pfeile 10 nicht oder weniger behindert. Ohne die Abdichtung 7 wäre eine deutliche Störung der Strömungsverhältnisse im Bereich des Axiallüfters 1 zu erwarten.
Die 5 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach 4 insofern, als hier eine Lüfterhaube 5'' vorgesehen ist, die mit einem Einlaufring 13 versehen ist, durch den die im Sinn der Pfeile 12 eintretende geringe Luftmenge in den Randbereich der Schaufeln 3 des Axiallüfters 1 umgelenkt wird, so daß ebenfalls keine unerwünschten Beeinflussungen für den Strömungsverlauf längs der Pfeile 10 zu erwarten sind.

Claims

Lüfteranordnung, insbesondere für den Kühler eines Kraftfahrzeugmotors, bestehend aus einem Axiallüfterrad (1) mit Schaufeln (3) und einem etwa zylindrischen Mantelring (4), mit einer das Lüfterrad umgebenden Lüfterhaube (5, 5', 5'') und mit einer flexiblen Abdichtung (7, 7', 7'') zwischen dem Mantelring (4) und der Lüfterhaube (5, 5', 5''), die aus eng aneinanderliegenden flexiblen Borsten oder Fasern (11,11') einer Bürstendichtung bestehen, die einen Spalt (a) zwischen Mantelring (4) und Lüfterhaube (5, 5', 5'') belassen, wobei die Borsten oder Fasern (11,11') unter einem Winkel (β) zur Lüfterachse (9) angeordnet und in einer Halterung (8) aufgenommen sind, die mit der Lüfterhaube (5, 5',5'') verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten oder Fasern (11, 11') in der Drehrichtung (c) des Axiallüfterrades (1) unter einem Winkel (a) zum Umfang des Mantelringes (4) angeordnet sind, wobei die Halterung (8) eine sich in axialer Richtung erstreckende Aufnahme aufweist, in welche ein sich in axialer Richtung erstreckender Bereich der Lüfterhaube (5, 5', 5'') eingreift.
Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel (α) in Drehrichtung des Axiallüfterrades (1) zwischen 10° und 45° gewählt ist.
Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) zur Lüfterachse (9) zwischen 15° und 60° gewählt ist.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Borsten oder Fasern (11') in ihrer Längsrichtung schlangenförmig gewellt sind.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterhaube (5'') mit einem Einlaufring (13) versehen ist, der sich zumindest teilweise – in Strömungsrichtung (10) gesehen – axial bis hinter eine Vorderkante des Mantelringes (4) in den Lüfter (1) hinein erstreckt.